arch/x86/crypto/twofish-avx-x86_64-asm_64.S

   1 /*
   2  * Twofish Cipher 8-way parallel algorithm (AVX/x86_64)
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012 Johannes Goetzfried
   5  *     <Johannes.Goetzfried@informatik.stud.uni-erlangen.de>
   6  *
   7  * Copyright © 2012 Jussi Kivilinna <jussi.kivilinna@mbnet.fi>
   8  *
   9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  12  * (at your option) any later version.
  13  *
  14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17  * GNU General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  20  * along with this program; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307
  22  * USA
  23  *
  24  */
  25
  26 #include "glue_helper-asm-avx.S"
  27
  28 .file "twofish-avx-x86_64-asm_64.S"
  29
  30 .data
  31 .align 16
  32
  33 .Lbswap128_mask:
  34         .byte 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0
  35
  36 .text
  37
  38 /* structure of crypto context */
  39 #define s0      0
  40 #define s1      1024
  41 #define s2      2048
  42 #define s3      3072
  43 #define w       4096
  44 #define k       4128
  45
  46 /**********************************************************************
  47   8-way AVX twofish
  48  **********************************************************************/
  49 #define CTX %rdi
  50
  51 #define RA1 %xmm0
  52 #define RB1 %xmm1
  53 #define RC1 %xmm2
  54 #define RD1 %xmm3
  55
  56 #define RA2 %xmm4
  57 #define RB2 %xmm5
  58 #define RC2 %xmm6
  59 #define RD2 %xmm7
  60
  61 #define RX0 %xmm8
  62 #define RY0 %xmm9
  63
  64 #define RX1 %xmm10
  65 #define RY1 %xmm11
  66
  67 #define RK1 %xmm12
  68 #define RK2 %xmm13
  69
  70 #define RT %xmm14
  71 #define RR %xmm15
  72
  73 #define RID1  %rbp
  74 #define RID1d %ebp
  75 #define RID2  %rsi
  76 #define RID2d %esi
  77
  78 #define RGI1   %rdx
  79 #define RGI1bl %dl
  80 #define RGI1bh %dh
  81 #define RGI2   %rcx
  82 #define RGI2bl %cl
  83 #define RGI2bh %ch
  84
  85 #define RGI3   %rax
  86 #define RGI3bl %al
  87 #define RGI3bh %ah
  88 #define RGI4   %rbx
  89 #define RGI4bl %bl
  90 #define RGI4bh %bh
  91
  92 #define RGS1  %r8
  93 #define RGS1d %r8d
  94 #define RGS2  %r9
  95 #define RGS2d %r9d
  96 #define RGS3  %r10
  97 #define RGS3d %r10d
  98
  99
 100 #define lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, src, dst, interleave_op, il_reg) \
 101         movzbl          src ## bl,        RID1d;     \
 102         movzbl          src ## bh,        RID2d;     \
 103         shrq $16,       src;                         \
 104         movl            t0(CTX, RID1, 4), dst ## d;  \
 105         movl            t1(CTX, RID2, 4), RID2d;     \
 106         movzbl          src ## bl,        RID1d;     \
 107         xorl            RID2d,            dst ## d;  \
 108         movzbl          src ## bh,        RID2d;     \
 109         interleave_op(il_reg);                       \
 110         xorl            t2(CTX, RID1, 4), dst ## d;  \
 111         xorl            t3(CTX, RID2, 4), dst ## d;
 112
 113 #define dummy(d) /* do nothing */
 114
 115 #define shr_next(reg) \
 116         shrq $16,       reg;
 117
 118 #define G(gi1, gi2, x, t0, t1, t2, t3) \
 119         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi1, RGS1, shr_next, ##gi1);  \
 120         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi2, RGS3, shr_next, ##gi2);  \
 121         \
 122         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi1, RGS2, dummy, none);      \
 123         shlq $32,       RGS2;                                        \
 124         orq             RGS1, RGS2;                                  \
 125         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi2, RGS1, dummy, none);      \
 126         shlq $32,       RGS1;                                        \
 127         orq             RGS1, RGS3;
 128
 129 #define round_head_2(a, b, x1, y1, x2, y2) \
 130         vmovq           b ## 1, RGI3;           \
 131         vpextrq $1,     b ## 1, RGI4;           \
 132         \
 133         G(RGI1, RGI2, x1, s0, s1, s2, s3);      \
 134         vmovq           a ## 2, RGI1;           \
 135         vpextrq $1,     a ## 2, RGI2;           \
 136         vmovq           RGS2, x1;               \
 137         vpinsrq $1,     RGS3, x1, x1;           \
 138         \
 139         G(RGI3, RGI4, y1, s1, s2, s3, s0);      \
 140         vmovq           b ## 2, RGI3;           \
 141         vpextrq $1,     b ## 2, RGI4;           \
 142         vmovq           RGS2, y1;               \
 143         vpinsrq $1,     RGS3, y1, y1;           \
 144         \
 145         G(RGI1, RGI2, x2, s0, s1, s2, s3);      \
 146         vmovq           RGS2, x2;               \
 147         vpinsrq $1,     RGS3, x2, x2;           \
 148         \
 149         G(RGI3, RGI4, y2, s1, s2, s3, s0);      \
 150         vmovq           RGS2, y2;               \
 151         vpinsrq $1,     RGS3, y2, y2;
 152
 153 #define encround_tail(a, b, c, d, x, y, prerotate) \
 154         vpaddd                  x, y,   x; \
 155         vpaddd                  x, RK1, RT;\
 156         prerotate(b);                      \
 157         vpxor                   RT, c,  c; \
 158         vpaddd                  y, x,   y; \
 159         vpaddd                  y, RK2, y; \
 160         vpsrld $1,              c, RT;     \
 161         vpslld $(32 - 1),       c, c;      \
 162         vpor                    c, RT,  c; \
 163         vpxor                   d, y,   d; \
 164
 165 #define decround_tail(a, b, c, d, x, y, prerotate) \
 166         vpaddd                  x, y,   x; \
 167         vpaddd                  x, RK1, RT;\
 168         prerotate(a);                      \
 169         vpxor                   RT, c,  c; \
 170         vpaddd                  y, x,   y; \
 171         vpaddd                  y, RK2, y; \
 172         vpxor                   d, y,   d; \
 173         vpsrld $1,              d, y;      \
 174         vpslld $(32 - 1),       d, d;      \
 175         vpor                    d, y,   d; \
 176
 177 #define rotate_1l(x) \
 178         vpslld $1,              x, RR;     \
 179         vpsrld $(32 - 1),       x, x;      \
 180         vpor                    x, RR,  x;
 181
 182 #define preload_rgi(c) \
 183         vmovq                   c, RGI1; \
 184         vpextrq $1,             c, RGI2;
 185
 186 #define encrypt_round(n, a, b, c, d, preload, prerotate) \
 187         vbroadcastss (k+4*(2*(n)))(CTX),   RK1;                  \
 188         vbroadcastss (k+4*(2*(n)+1))(CTX), RK2;                  \
 189         round_head_2(a, b, RX0, RY0, RX1, RY1);                  \
 190         encround_tail(a ## 1, b ## 1, c ## 1, d ## 1, RX0, RY0, prerotate); \
 191         preload(c ## 1);                                         \
 192         encround_tail(a ## 2, b ## 2, c ## 2, d ## 2, RX1, RY1, prerotate);
 193
 194 #define decrypt_round(n, a, b, c, d, preload, prerotate) \
 195         vbroadcastss (k+4*(2*(n)))(CTX),   RK1;                  \
 196         vbroadcastss (k+4*(2*(n)+1))(CTX), RK2;                  \
 197         round_head_2(a, b, RX0, RY0, RX1, RY1);                  \
 198         decround_tail(a ## 1, b ## 1, c ## 1, d ## 1, RX0, RY0, prerotate); \
 199         preload(c ## 1);                                         \
 200         decround_tail(a ## 2, b ## 2, c ## 2, d ## 2, RX1, RY1, prerotate);
 201
 202 #define encrypt_cycle(n) \
 203         encrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l); \
 204         encrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l);
 205
 206 #define encrypt_cycle_last(n) \
 207         encrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l); \
 208         encrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, dummy, dummy);
 209
 210 #define decrypt_cycle(n) \
 211         decrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l); \
 212         decrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l);
 213
 214 #define decrypt_cycle_last(n) \
 215         decrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l); \
 216         decrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, dummy, dummy);
 217
 218 #define transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2) \
 219         vpunpckldq              x1, x0, t0; \
 220         vpunpckhdq              x1, x0, t2; \
 221         vpunpckldq              x3, x2, t1; \
 222         vpunpckhdq              x3, x2, x3; \
 223         \
 224         vpunpcklqdq             t1, t0, x0; \
 225         vpunpckhqdq             t1, t0, x1; \
 226         vpunpcklqdq             x3, t2, x2; \
 227         vpunpckhqdq             x3, t2, x3;
 228
 229 #define inpack_blocks(x0, x1, x2, x3, wkey, t0, t1, t2) \
 230         vpxor           x0, wkey, x0; \
 231         vpxor           x1, wkey, x1; \
 232         vpxor           x2, wkey, x2; \
 233         vpxor           x3, wkey, x3; \
 234         \
 235         transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2)
 236
 237 #define outunpack_blocks(x0, x1, x2, x3, wkey, t0, t1, t2) \
 238         transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2) \
 239         \
 240         vpxor           x0, wkey, x0; \
 241         vpxor           x1, wkey, x1; \
 242         vpxor           x2, wkey, x2; \
 243         vpxor           x3, wkey, x3;
 244
 245 .align 8
 246 .type   __twofish_enc_blk8,@function;
 247
 248 __twofish_enc_blk8:
 249         /* input:
 250          *      %rdi: ctx, CTX
 251          *      RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2: blocks
 252          * output:
 253          *      RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2: encrypted blocks
 254          */
 255
 256         vmovdqu w(CTX), RK1;
 257
 258         pushq %rbp;
 259         pushq %rbx;
 260         pushq %rcx;
 261
 262         inpack_blocks(RA1, RB1, RC1, RD1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 263         preload_rgi(RA1);
 264         rotate_1l(RD1);
 265         inpack_blocks(RA2, RB2, RC2, RD2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 266         rotate_1l(RD2);
 267
 268         encrypt_cycle(0);
 269         encrypt_cycle(1);
 270         encrypt_cycle(2);
 271         encrypt_cycle(3);
 272         encrypt_cycle(4);
 273         encrypt_cycle(5);
 274         encrypt_cycle(6);
 275         encrypt_cycle_last(7);
 276
 277         vmovdqu (w+4*4)(CTX), RK1;
 278
 279         popq %rcx;
 280         popq %rbx;
 281         popq %rbp;
 282
 283         outunpack_blocks(RC1, RD1, RA1, RB1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 284         outunpack_blocks(RC2, RD2, RA2, RB2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 285
 286         ret;
 287
 288 .align 8
 289 .type   __twofish_dec_blk8,@function;
 290
 291 __twofish_dec_blk8:
 292         /* input:
 293          *      %rdi: ctx, CTX
 294          *      RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2: encrypted blocks
 295          * output:
 296          *      RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2: decrypted blocks
 297          */
 298
 299         vmovdqu (w+4*4)(CTX), RK1;
 300
 301         pushq %rbp;
 302         pushq %rbx;
 303
 304         inpack_blocks(RC1, RD1, RA1, RB1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 305         preload_rgi(RC1);
 306         rotate_1l(RA1);
 307         inpack_blocks(RC2, RD2, RA2, RB2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 308         rotate_1l(RA2);
 309
 310         decrypt_cycle(7);
 311         decrypt_cycle(6);
 312         decrypt_cycle(5);
 313         decrypt_cycle(4);
 314         decrypt_cycle(3);
 315         decrypt_cycle(2);
 316         decrypt_cycle(1);
 317         decrypt_cycle_last(0);
 318
 319         vmovdqu (w)(CTX), RK1;
 320
 321         popq %rbx;
 322         popq %rbp;
 323
 324         outunpack_blocks(RA1, RB1, RC1, RD1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 325         outunpack_blocks(RA2, RB2, RC2, RD2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 326
 327         ret;
 328
 329 .align 8
 330 .global twofish_ecb_enc_8way
 331 .type   twofish_ecb_enc_8way,@function;
 332
 333 twofish_ecb_enc_8way:
 334         /* input:
 335          *      %rdi: ctx, CTX
 336          *      %rsi: dst
 337          *      %rdx: src
 338          */
 339
 340         movq %rsi, %r11;
 341
 342         load_8way(%rdx, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 343
 344         call __twofish_enc_blk8;
 345
 346         store_8way(%r11, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 347
 348         ret;
 349
 350 .align 8
 351 .global twofish_ecb_dec_8way
 352 .type   twofish_ecb_dec_8way,@function;
 353
 354 twofish_ecb_dec_8way:
 355         /* input:
 356          *      %rdi: ctx, CTX
 357          *      %rsi: dst
 358          *      %rdx: src
 359          */
 360
 361         movq %rsi, %r11;
 362
 363         load_8way(%rdx, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 364
 365         call __twofish_dec_blk8;
 366
 367         store_8way(%r11, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 368
 369         ret;
 370
 371 .align 8
 372 .global twofish_cbc_dec_8way
 373 .type   twofish_cbc_dec_8way,@function;
 374
 375 twofish_cbc_dec_8way:
 376         /* input:
 377          *      %rdi: ctx, CTX
 378          *      %rsi: dst
 379          *      %rdx: src
 380          */
 381
 382         pushq %r12;
 383
 384         movq %rsi, %r11;
 385         movq %rdx, %r12;
 386
 387         load_8way(%rdx, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 388
 389         call __twofish_dec_blk8;
 390
 391         store_cbc_8way(%r12, %r11, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 392
 393         popq %r12;
 394
 395         ret;
 396
 397 .align 8
 398 .global twofish_ctr_8way
 399 .type   twofish_ctr_8way,@function;
 400
 401 twofish_ctr_8way:
 402         /* input:
 403          *      %rdi: ctx, CTX
 404          *      %rsi: dst
 405          *      %rdx: src
 406          *      %rcx: iv (little endian, 128bit)
 407          */
 408
 409         pushq %r12;
 410
 411         movq %rsi, %r11;
 412         movq %rdx, %r12;
 413
 414         load_ctr_8way(%rcx, .Lbswap128_mask, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2,
 415                       RD2, RX0, RX1, RY0);
 416
 417         call __twofish_enc_blk8;
 418
 419         store_ctr_8way(%r12, %r11, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 420
 421         popq %r12;
 422
 423         ret;